[發明專利]一種電化學離子提取法電解制備高純六氟磷酸鋰的裝置和方法

有效

• 申請號: 202010180207.7
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111304679B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 曹余良;趙阿龍;艾新平;楊漢西
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: C25B1/24
• 分類號: C25B1/24;C25B13/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 吳楚

本發明屬于材料和能源領域，具體涉及一種基于電化學離子提取法電解制備高純六氟磷酸鋰的裝置和方法。包括電解槽A和電解槽B；電解槽A由可脫嵌陰、陽離子材料電極組成，兩種電解質溶液之間可用離子交換膜進行隔離；所述電解槽B由電解槽A的兩個電極組成，在相應的電解液體系中將提取出來的陰陽離子分別通過兩個電極進行電化學離子釋放，形成目標鹽溶液，在通過溶劑處理方法得到相應電解質鹽。本發明有效避免了傳統電解質鹽制備過程可能引入的雜質污染，同時可以制備一些傳統方法難以合成的鹽，為提升電解質鹽的質量和發展新電解質鹽的制備提供了一種可行方法。

技術領域

本發明屬于材料和能源領域，具體涉及一種基于電化學離子提取法電解制備高純離子電池電解質鹽六氟磷酸鋰的裝置和方法。

背景技術

新能源電動汽車和智能電網的廣泛普及帶動了動力電池的持續發展，作為電池的重要組成部分，LiPF₆以其優異的電化學穩定性、耐氧化性、高電導率、可鈍化正極集流體、利于負極SEI的生成且對環境友好等綜合性能成為鋰電池不可取代的電解質鹽，其質量決定著電池的充放電性能，循環壽命和安全性。然而，生產高質量LiPF₆所需原材料LiF和HF的純度要求極高，溶劑高毒且具有腐蝕性，產品雜質含量高、生產過程涉及高低溫、無水無塵操作等制約著LiPF₆行業的快速發展。

LiPF₆的生產技術可概述為三種：氣固反應、氫氟酸溶劑法和有機溶劑法。氣固反應法是用氣態PF₅與固態LiF直接反應制備LiPF₆，產物LiPF₆包裹在LiF表面阻礙反應的持續進行。這種操作方法相對簡單，但原料反應不充分，后期分離困難。氫氟酸溶劑法是LiF溶于無水HF形成LiHF₂溶液，通入PF₅氣體反應生成LiPF₆，產物過濾、洗滌即可得到LiPF₆。這種方法在液相中進行，反應較快且轉化率高，是目前工業上常用的技術。但HF溶劑具有較高的腐蝕性，對反應裝置的要求較高，且產品中殘留的少量HF較難脫出，影響產品質量。有機溶劑法是將LiF顆粒懸浮于有機溶劑(如EC、DEC、DMC、EMC)中，通入高純PF₅氣體反應生成LiPF₆。該方法有效避免了HF的引入，反應條件溫和可控且產物轉換率較高。但反應過程中PF₅易與有機溶劑反應，產生大量雜質，同時LiPF₆難以分離。

針對上述傳統LiPF₆生產技術存在的問題，為了進一步實現高純LiPF₆的制備，發展低污染常溫常壓常規反應電解體系，本發明提供了一種基于電化學離子提取法電解制備高純LiPF₆方法及其裝置。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種基于電化學離子提取法電解制備高純六氟磷酸鋰的裝置和方法，有效避免了雜質離子的引入，保證了產品LiPF₆具有超高的純度，不需要使用有害材料和溶劑，可有效降低環境污染。

本發明的技術方案可以通過以下技術措施來實現：

一種基于電化學離子提取法電解制備高純六氟磷酸鋰的裝置，包括：用于離子提取的電解槽A和用于離子釋放的電解槽B；

所述電解槽A由陽離子交換膜分隔成陽極區和陰極區，所述陽極區包括可逆脫嵌PF₆^-化合物構成的陽極和KPF₆電解液，所述陰極區包括可逆脫嵌Li⁺化合物構成的陰極和含鋰溶液；

所述電解槽B由陽極、電解液和陰極組成，所述陽極和陰極分別由電解槽A充分放電后所得可逆脫嵌Li⁺化合物以及可逆脫嵌PF₆^-化合物構成，所述電解液為LiPF₆溶液。